Types de boîtes de vitesses poids lourds : manuelle, robotisée, à double embrayage et automatique

Le droit de l’UE définit quatre types de boîtes de vitesses de camions et d’autobus à l’annexe VI du règlement (UE) 2017/2400 de la Commission, le règlement en vertu duquel sont déterminées les émissions de CO2 des camions moyens et lourds et des autobus lourds neufs. Une boîte de vitesses manuelle synchronisée (SMT) est manœuvrée par le conducteur, qui change normalement de rapport pendant qu’un embrayage, en général l’embrayage de démarrage, déconnecte la boîte du moteur. Une boîte de vitesses manuelle automatisée (AMT) engage ses rapports au moyen d’embrayages à denture, synchronisés ou non, mais chaque changement de rapport est effectué par un système à commande électronique lors d’une déconnexion temporaire du moteur. Une boîte de vitesses à double embrayage (DCT) comporte deux embrayages à friction et est déclarée comme AMT dans la simulation du CO2. Une boîte de vitesses automatique servocommandée (APT) change de rapport principalement au moyen de plus de deux embrayages à friction, généralement sans interruption de traction ; le règlement distingue les cas avec un convertisseur de couple en série, en parallèle et sans convertisseur. Le règlement définit aussi la boîte de vitesses à relais mécanique, une boîte comportant un grand nombre de rapports avant et/ou une plage de rapports étendue, composée de groupes relais tels qu’une section principale et une section doubleur de gamme, et le médiateur, qui divise les rapports de la section principale.

Situation au 28 octobre 2026. Lus ce jour-là : le texte consolidé du règlement (UE) 2017/2400 au 1er janvier 2026 ; la fiche technique de Volvo Trucks sur l’I-Shift Dual Clutch du 20 juin 2022, ses pages américaines sur l’I-Shift et son communiqué britannique du 5 mai 2022 ; la brochure Opticruise de Scania, édition 2024.07, sa page britannique de spécifications de la série S et sa page sur la chaîne cinématique Super ; la page de ZF sur la TraXon ; le communiqué de Daimler Truck sur Powerliner du 13 septembre 2026 ; et les pages produits d’Allison Transmission.

Quatre types, tels que le règlement les définit

Le règlement « s’applique aux camions moyens, aux camions lourds et aux autobus lourds » (article 2, paragraphe 1). L’article 3, point 6, définit la boîte de vitesses comme un dispositif composé d’au moins deux engrenages commutables fournissant un couple variable et des rapports de vitesse définis. L’annexe VI, qui fixe la manière dont sont certifiées les pertes de couple des boîtes de vitesses et des convertisseurs de couple, définit les types à son point 2, et l’appendice 12 de cette annexe énumère les valeurs qu’un constructeur peut saisir comme type de boîte de vitesses dans l’outil de simulation.

Les définitions des trois types à changement de rapport automatique décrivent le système de commande presque dans les mêmes termes. Pour l’AMT, le texte dispose : « Les changements de rapport sont effectués par un système à commande électronique qui gère le moment du changement, l’activation de l’embrayage entre le moteur et la boîte de vitesses, ainsi que le régime et le couple du moteur. Le système sélectionne et engage automatiquement le rapport de marche avant le mieux adapté, mais le conducteur peut reprendre le contrôle à l’aide d’un mode manuel ». Les définitions de la DCT et de l’APT contiennent les mêmes termes sur le mode manuel.

Le type figure aussi dans les dossiers que produit l’outil de simulation. Le dossier d’information du client « contient au minimum », parmi ses informations, le « Type de boîte de vitesses (SMT, AMT, APT, aucune) » et le « Nombre de rapports » (annexe IV, partie II, points 1.2.5 et 1.2.6). Le dossier d’enregistrements du constructeur indique le type de boîte de vitesses sous la forme SMT, AMT, APT-S, APT-P ou APT-N (partie I, point 1.3.4). Une note de bas de page du tableau 1 de l’appendice 12 règle le cas du double embrayage : « DCT est à déclarer comme type de transmission AMT. »

Embrayages, synchroniseurs et convertisseurs de couple

Les définitions des types utilisent les termes de l’annexe pour les embrayages. Un embrayage à denture est « un embrayage dans lequel le couple est transmis principalement par les forces normales entre des dents qui s’engrènent les unes dans les autres » ; il est soit engagé, soit désengagé, et « Il est utilisé uniquement en l’absence de charge (par exemple aux changements de rapport dans le cas d’une boîte manuelle) » (point 2, définition 8). Un synchroniseur est « un type d’embrayage à denture dans lequel un dispositif de friction est utilisé pour égaliser les vitesses de rotation des pièces devant s’engager » (point 2, définition 11). Un embrayage à friction « peut transmettre le couple tout en glissant », et peut donc être actionné « au moment du démarrage et des changements de rapport (transfert de puissance retenu lors du changement de rapport) » (point 2, définition 10). L’embrayage de démarrage est « un embrayage qui adapte la vitesse entre le moteur et les roues motrices lorsque le véhicule démarre », et se situe généralement entre le moteur et la boîte de vitesses (point 2, définition 17).

Un convertisseur de couple est « un composant de démarrage hydrodynamique se présentant sous la forme d’un composant distinct de la transmission ou de la boîte de vitesses, avec un transfert de puissance en série ou en parallèle, qui adapte la vitesse entre le moteur et les roues et permet la démultiplication du couple » (article 3, point 7). Son embrayage à verrouillage est « un embrayage à friction dans un convertisseur de couple hydrodynamique ; il permet de relier le côté entrée et le côté sortie, éliminant ainsi le glissement » (point 2, définition 16). L’annexe VI distingue trois cas de boîte de vitesses automatique servocommandée. La boîte S est une APT « avec disposition en série d’un convertisseur de couple et des pièces mécaniques de la boîte de vitesses qui y sont reliées » ; la boîte P est une APT avec disposition en parallèle, « par exemple dans les installations avec division de puissance » (point 2, définitions 22 et 23) ; la boîte N est « une APT sans convertisseur de couple » (point 2, définition 33). Les valeurs d’entrée pour le type de boîte de vitesses sont nommées APT-S, APT-P et APT-N.

Doubleur de gamme, médiateur et rapports extra-lents

Le règlement nomme les éléments que l’on combine pour donner à une boîte de nombreux rapports. Une boîte de vitesses à relais mécanique est « une boîte de vitesses comportant un grand nombre de rapports en marche avant et/ou une plage de rapports étendue, composée de groupes relais combinés pour utiliser les parties qui transfèrent le plus de puissance de plusieurs rapports en marche avant » (point 2, définition 4). Les définitions qui s’y rattachent, au point 2 :

• Section principale : « le groupe relais présentant le plus grand nombre de rapports en marche avant dans une boîte de vitesses à relais mécanique » (point 2, définition 5).
• Section doubleur de gamme : « un groupe relais normalement relié en série à la section principale d’une boîte de vitesses à relais mécanique ». Elle « permet de commuter généralement entre deux gammes de rapports en marche avant » : les rapports inférieurs de la boîte complète sont matérialisés par la gamme basse, les rapports supérieurs par la gamme haute (point 2, définition 6).
• Médiateur (groupe de demi-rapports) : « un système qui divise les rapports de la section principale en deux (en général) variantes, rapports bas et rapports hauts, dont les rapports de démultiplication sont proches comparés à la plage de rapports de la boîte de vitesses ». Il peut être un groupe relais distinct, un dispositif rapporté, un élément intégré à la section principale ou une combinaison de ces formes (point 2, définition 7).
• Rapport extra-lent : « un rapport inférieur de marche avant (avec un rapport de réduction de la vitesse plus important que celui des autres vitesses), conçu pour être utilisé dans des cas exceptionnels, notamment dans les manœuvres à faible vitesse ou des démarrages en côte occasionnels » (point 2, définition 13).

La plage de rapports, que ZF et Scania appellent spread (étagement), est « le rapport entre le plus grand et le plus petit rapport de démultiplication » en marche avant d’une boîte de vitesses (point 2, définition 3). Lors de la certification des pertes de la boîte de vitesses, le demandeur applique l’une des méthodes de détermination « pour chaque rapport de vitesse en marche avant (à l’exclusion des rapports extra-lents) » (point 3).

Les descriptions des constructeurs eux-mêmes reprennent les mêmes éléments. La page britannique de spécifications de la série S de Scania cite, à côté des Opticruise G25, G33 et G38, des boîtes à doubleur de gamme (range-change) à 8 et 8+1 rapports et des boîtes à doubleur de gamme et demi-rapports (range-splitter) à 12 et 12+2 rapports. Elle décrit la 8+1 comme « Based on a 4-speed box, plus a planetary section » [construite sur une boîte à 4 rapports, plus une section planétaire], avec un rapport extra-lent supplémentaire, et la 12+2 comme dotée de deux rapports extra-lents supplémentaires, avec des versions à rapport surmultiplié ; l’Opticruise est citée comme option pour la boîte à 8 rapports et comme disponible pour toutes les boîtes à doubleur de gamme et demi-rapports. Pour l’Opticruise, la même page indique que « Instead of a reversing gear, a planetary gear is used for reversing » [au lieu d’un pignon de marche arrière, un train planétaire est utilisé pour la marche arrière], ce qui donne huit marches arrière pour des vitesses allant jusqu’à 30 km/h. La fiche technique de Volvo sur l’I-Shift Dual Clutch décrit une section principale à « two input shafts, three main forward ratios and one reverse ratio » [deux arbres d’entrée, trois rapports avant principaux et un rapport de marche arrière], un doubleur de gamme synchronisé de type planétaire et des crabots non synchronisés dans la section principale.

Les constructeurs donnent l’étagement, ou ses rapports extrêmes, en chiffres. ZF indique un étagement (transmission spread) de 16,74 pour sa TraXon à 12 rapports. Scania indique que les rapports des Opticruise G25 et G33 vont d’un rapport extra-lent de 20,8 à un rapport surmultiplié de 0,777, un étagement supérieur de 60 % à celui de sa précédente boîte GRS905 selon le constructeur. L’I-Shift with Crawler Gears de Volvo ajoute un ou deux rapports à l’I-Shift for Severe Duty à 12 rapports : « The 13-speed version has one low crawler gear with a 17.54 to 1 ratio. The 14-speed version has one low crawler gear with a 19.38 to 1 ratio, and one ultra low crawler gear with a 32.04 to 1 ratio. The overall ratio of the I-Shift with Crawler Gears, 41.08 to 1, is more than double that of the I-Shift. » [La version à 13 rapports comporte un rapport extra-lent court de 17,54 pour 1. La version à 14 rapports comporte un rapport extra-lent court de 19,38 pour 1 et un rapport extra-lent ultra-court de 32,04 pour 1. Le rapport global de l’I-Shift with Crawler Gears, 41,08 pour 1, est plus du double de celui de l’I-Shift.] La façon dont le rapport de boîte et le rapport de pont se combinent en une démultiplication totale aux roues est exposée dans rapport de pont et transmission finale.

Boîtes de vitesses manuelles automatisées

Volvo fait remonter son I-Shift à 2001, et son communiqué britannique du 5 mai 2022 affirmait : « Today all heavy-duty Volvo trucks are built with I-Shift as standard. » [Aujourd’hui, tous les camions lourds Volvo sont construits avec l’I-Shift de série.] La page de Scania sur la série S décrit le « fully automated clutch control » [commande d’embrayage entièrement automatisée] de l’Opticruise, et sa brochure indique que les G25, G33 et G38 « are identical in regards to the technical build up but are adapted to different engine torques » [sont identiques dans leur construction technique, mais adaptées à des couples moteur différents]. ZF date de 2014 le lancement mondial de la TraXon. La manière dont une AMT effectue un changement de rapport et dont les pertes de la boîte entrent dans le chiffre de CO2 est traitée dans boîtes de vitesses robotisées.

Mercedes-Benz Trucks a présenté le 13 septembre 2026 une nouvelle génération de chaîne cinématique, Powerliner, qui doit être introduite dans ses camions à partir d’avril 2027. Son communiqué nomme cinq boîtes de vitesses : les G 211 et G 230, conçues comme des « efficient lightweight solutions for the OM 470 and moderate applications » [solutions légères et efficientes pour l’OM 470 et les applications modérées] ; les G 291 et G 340 pour les applications moyennes et lourdes, dont le « broad gear spread » [large étagement des rapports] permet de rouler avec des rapports de pont arrière plus longs ; et la G 280 « for particularly heavy and specialized applications, especially in combination with a Turbo Retarder Clutch or large engine-driven power take-offs » [pour les applications particulièrement lourdes et spécialisées, notamment en combinaison avec un Turbo Retarder Clutch ou de grosses prises de force entraînées par le moteur]. Le communiqué n’indique ni leur type ni leur nombre de rapports.

Boîtes de vitesses à double embrayage

Le règlement définit la DCT comme « une boîte de vitesses à changement de rapport automatique, composée de deux embrayages à friction » et de plusieurs rapports commutables « obtenus au moyen d’embrayages à denture » (point 2, définition 20), et elle est déclarée comme type de transmission AMT dans la simulation. La fiche technique de Volvo du 20 juin 2022 décrit son I-Shift Dual Clutch comme « two gearboxes with two clutches » [deux boîtes de vitesses avec deux embrayages], intégrées en une seule unité : « Since the gearbox has 12 gears, one shaft holds the six odd-numbered gears, while the other holds the six even-numbered gears. » [La boîte ayant 12 rapports, un arbre porte les six rapports impairs et l’autre les six rapports pairs.] Les embrayages sont de type sec. « Powershifting is possible for every single-step gear change except when changing the range gear (gear 6-7) » [le passage sous couple est possible à chaque changement d’un seul rapport, sauf lors du changement de gamme, entre le rapport 6 et le rapport 7], et la fiche ajoute que, dans certains cas, la boîte effectue un changement de rapport normal, selon la stratégie logicielle et des facteurs tels que le poids total roulant et la position de l’accélérateur. L’actionnement des embrayages est commandé par le système de changement de rapport, et « there is no clutch pedal » [il n’y a pas de pédale d’embrayage].

Boîtes automatiques à convertisseur de couple

Une APT obtient ses rapports principalement au moyen d’embrayages à friction, et, selon les termes du règlement, « Le changement de rapport se fait généralement sans interruption de traction (embrayage à friction vers embrayage à friction) » (point 2, définition 24). Allison Transmission, qui propose des séries pour les camions ainsi que pour les autobus urbains, les autocars et les autobus scolaires, décrit ainsi ses boîtes automatiques : « Allison Automatic transmissions incorporate a hydraulic torque converter that connects the engine to the transmission via a planetary gear set. » [Les boîtes automatiques Allison intègrent un convertisseur de couple hydraulique qui relie le moteur à la boîte de vitesses par l’intermédiaire d’un train planétaire.] Ses pages produits indiquent que ses boîtes « are equipped with a torque converter instead of a dry clutch » [sont équipées d’un convertisseur de couple au lieu d’un embrayage à sec].

Allison décrit la 9-Speed comme une variante renforcée de la 2000 Series. Le tableau des modèles de sa page sur la 4000 Series donne six gammes avant et une marche arrière pour les 4000 et 4500, et sept gammes avant et deux marches arrière pour les 4700, 4800 et 4900 ainsi que pour la 4970 TerraTran. Pour les autobus urbains et les autocars, Allison cite les 1000 et 2000 Series, la 9-Speed, la 3000 Series et la 4000 Series, à côté de son système hybride eGen Flex et de ses essieux électriques eGen Power. Sa 8000 Series, à six ou sept rapports avant, et sa 9000 Series, à huit, sont destinées aux véhicules miniers, aux équipements de champs pétroliers et aux grues.

Ralentisseur et prise de force

Le règlement définit deux dispositifs que les constructeurs proposent en option sur leurs boîtes. Un ralentisseur est « un dispositif de freinage auxiliaire installé dans le groupe motopropulseur d’un véhicule, qui sert au freinage permanent » (point 2, définition 21) ; une prise de force est « un dispositif sur une boîte de vitesses ou un moteur auquel il est possible de brancher un dispositif auxiliaire à entraîner, par exemple une pompe hydraulique » (point 2, définition 14). La fiche technique de Volvo indique : « A power take-off, compact retarder and emergency power steering pump can be fitted to the transmission. » [Une prise de force, un ralentisseur compact et une pompe de direction assistée de secours peuvent être montés sur la boîte.] Scania propose son ralentisseur et un choix de prises de force en option sur ses boîtes à doubleur de gamme et à doubleur de gamme et demi-rapports, et la 6000 Series d’Allison offre une « optional retarder capability » [possibilité de ralentisseur en option] et est prévue pour une prise de force. Les types de ralentisseurs et leurs couples de freinage sont traités dans ralentisseurs et frein moteur.

Boîtes de vitesses des chaînes cinématiques hybrides et électriques

Les valeurs du type de boîte de vitesses de l’appendice 12 comprennent aussi « IHPC Type 1 », un composant de groupe motopropulseur de véhicule électrique hybride intégré, que l’annexe X ter définit comme « un système combiné de systèmes de machine électrique multiples ainsi que la fonctionnalité d’une boîte à plusieurs vitesses, caractérisée par un carter commun à tous les composants », avec un arbre d’entrée et un arbre de sortie. Un composant de groupe motopropulseur électrique intégré, ou IEPC, est dans la même annexe « un système combiné d’un système de machine électrique associé à la fonctionnalité d’une boîte de vitesses à une ou plusieurs vitesses, d’un différentiel ou des deux », et n’a pas d’arbre d’entrée pour alimenter le système en couple de propulsion. Le dossier d’information du client admet « aucune » comme type de boîte de vitesses. Les boîtes de vitesses et les essieux électriques des camions électriques actuels sont décrits dans camions électriques.